Bij het ontwerp van gesmede tandwielen moet rekening worden gehouden met zowel de transmissiefunctionaliteit als de specifieke materiaal- en structurele vereisten van het smeedproces om de betrouwbaarheid onder belasting en tijdens bedrijf te garanderen. Belangrijke ontwerpaspecten zijn onder meer tandwielparameters, materiaalkeuze, structurele configuratie en bewerkingstoeslagen.
Ontwerp van tandwielparameters
Het ontwerp van het tandwiel begint met het bepalen van geometrische parameters zoals het aantal tanden, de module, de drukhoek, de breedte van het gezicht en de hoogte van het addendum; deze bepalen rechtstreeks de overbrengingsverhouding, de ingrijpingsnauwkeurigheid en het draagvermogen-. Bij gesmede tandwielen moeten de overwegingen ook rekening houden met de smeedlengte en compensatie voor vervorming na de -warmte- behandeling om ervoor te zorgen dat de uiteindelijke precisie voldoet aan de ontwerpspecificaties.
Materiaal- en constructief ontwerp
Gesmede tandwielen maken doorgaans gebruik van gelegeerd staal of koolstofstaal, zoals 20CrMo of 42CrMo. Bij de materiaalkeuze moet een evenwicht worden gevonden tussen sterkte, taaiheid, slijtvastheid en hardbaarheid om hoge belastingen, hoge rotatiesnelheden of impactomstandigheden te kunnen weerstaan. Het structurele ontwerp moet zich richten op de tandwortelfilets, de verdeling van de tandbreedte en de puntdikte om spanningsconcentraties te minimaliseren en scheuren door wortelmoeheid te voorkomen, waardoor de levensduur van het tandwiel wordt verlengd.
Proces- en bewerkingsontwerp
In de ontwerpfase moet ook rekening worden gehouden met de impact van het smeedproces op de geometrie van het onbewerkte tandwiel-zoals de haalbaarheid van de matrijs-het smeden van de boringdiameter, de buitendiameter van het onbewerkte stuk materiaal en het tandprofiel. Er moet voldoende bewerkingsruimte worden voorzien om de uiteindelijke afmetingen en nauwkeurigheid na de warmtebehandeling en nabewerking te bereiken. Bovendien moet het ontwerp ervoor zorgen dat de coaxialiteit en de nauwkeurigheid van het tandprofiel na de warmtebehandeling behouden blijven, waardoor vervorming of kromtrekken wordt voorkomen.